Ключови думи: Асинхронен аудио и видео MPEG-2 PCR DTS PTS Encoder Decoder
С бързото развитие на цифровата телевизия в моята страна и напредването на цифровата трансформация на градските радио и телевизионни мрежи, все повече хора започнаха да използват телевизионни приемници за гледане на цифрови телевизионни програми. Но в процеса на гледане на телевизионни програми през приставка зрителите понякога откриват, че някои аудио и видео не са синхронизирани. Това също привлече вниманието ни.
Феномен и тест
Guiyang City основно завърши дигиталната трансформация на своята радио- и телевизионна мрежа в края на 2007 г., а програмите на телевизионната станция Guizhou също навлязоха в цифровата мрежа. След влизането в цифровата мрежа открихме, че няколко програми на нашата станция имат феномена на несинхронизиране на аудио и видео в някои области, особено когато новините се излъчват по сателитния видео канал и канала на хората. За да разберем къде е проблемът, решихме да проведем тест за синхронизиране на устните по целия път на предаване на нашата програма. Оборудването, използвано за теста, е Tektronix WFM7120. Когато правите измерване на аудио / видео закъснение, също така е необходимо да генерирате серия от къси цветни лентови видеосигнали чрез TG700 DVG7 и аудиопоследователността е вградена в тази група видеосигнали с интервал от 5s, изпратете такъв сигнал към тестваната система и накрая изпраща сигнала до WFM7120 за измерване на разликата във времето между аудио и видео.
Вътрешен тест на контролния център за излъчване
Както е показано на фигура 1, за да измерим дали има разлика в аудио / видео закъснението в системата на телевизионната станция, ние използваме времето за проверка, за да запишем тестовия сигнал, генериран от TG700, в излъчвания твърд диск, да го възпроизведем през твърдия диск, и въведете тестовия сигнал към забавящия. След модула за синхронизация на кадрите той се излъчва по канал и след това измерваме тези три сигнала, преди предавателният отдел да предаде сигнала на енкодера на мрежовата компания. Резултатите от измерванията показват, че разликата в аудио / видео закъснението на тези три сигнала не надвишава 12 ms, тоест едно поле не е достатъчно, което показва, че сигналът няма проблем със синхронизацията на аудио и видео в центъра за управление на излъчването.
Тестване на различни декодери
За втората точка на измерване избрахме компютърната зала на предния край на мрежовата компания. Както е показано на Фигура 2, тук, ние избрахме основните марки декодери, използвани в момента за тестване в Китай. След кодиране на тестовия сигнал TG700 чрез оригиналния енкодер, който използваме, го вмъкнете в канала, който излъчваме в момента. След това използвайте приставка в компютърната зала на предния край, за да демодулирате телевизионния сигнал. След това декодираният аудио / видео сигнал се изпраща към WFM7120 за измерване след A / D и вграждане на аналоговия сигнал чрез видеорегистратор Panasonic D950. Резултатите от измерванията показват, че разликата в аудио / видео закъснението на тези видове декодери е различна, някои изпреварват 150ms, а други изостават с 300ms. Това показва, че различните декодери имат различни възможности за поддържане на връзката на синхронизация между аудио / видео сигнали след демодулация и декодиране на един и същ цифров телевизионен сигнал.
Тестване на различни енкодери
Както е показано на фигура 3, ние все още използваме генератора на сигнали TG700, за да тестваме различни енкодери и даваме възможност на енкодера, модулатора и приемника да изгради симулирана среда за излъчване / гледане. Тук използваме няколко енкодера с различни марки. След кодиране на тестовия сигнал на TG700, той се модулира от същия модулатор и след това сигналът се декодира от същата приставка. Също така се обработва от D950 и се изпраща на WFM7120 за измерване. Крайният резултат от измерването е, че някои от разликите в аудио / видео закъснението са 30ms, а някои достигат 300ms, което показва, че различните енкодери имат по-голямо въздействие върху аудио / видео синхронизацията на крайния сигнал за гледане на телевизионната приставка.
Анализ на причините
Принципът на синхронизиране на системата MPEG-2
Понастоящем в системата за предаване на цифрова телевизия в моята страна стандартът MPEG-2 е важен стандарт за аудио и видео компресия. Той компресира, кодира и мултиплексира програмни сигнали в края на източника и демултиплексира и декодира сигнали в приемащия край. Широко се използва. Системата за цифрово предаване, която използваме, се основава на стандарта MPEG-2. Нека да разгледаме системната структура на MPEG-2, както е показано на Фигура 4.
От фигура 4 може да се види, че аудио и видео сигналите формират основен поток, след като излишната информация е премахната от кодера за компресия. Този елементарен кодов поток не може да се съхранява или предава директно. Тя трябва да бъде изпратена до определен опаковчик. Елементарният кодов поток е разделен на параграфи в съответствие с определен формат и са добавени специфични идентификационни символи, за да се образува така наречения опакован елементарен кодов поток (PES). PES пакетите са аудио и видео пакети с променлива дължина. След това аудио и видео PES пакетите и спомагателните данни се изпращат към подсистемата за предаване, които се разделят на малки пакети данни с фиксирана дължина 188b и се мултиплексират чрез мултиплексиране с разделяне на времето. Формира се единичен TS поток и TS потокът достига приемащия край след предаване през канала.
Както всички знаем, синхронизирането е необходимо условие за правилното показване на телевизора. За цифровата телевизия, тъй като буферът се използва за съхраняване на сигнала по време на процеса на компресиране и кодиране, часовата ос на сигнала в мултиплексора се променя, плюс количеството излишък на данни е различно, степента на компресия също е различна, така че времева ос Големи промени, особено при обработката на слоя от групи рамки, редът на B кадрите и P кадрите също се промени. Всичко това прави синхронизирането на цифровите телевизионни сигнали напълно губи концепцията за оригиналната последователност. Ефективен начин за постигане на синхронизация е добавянето на етикет за време към потока на сигналния код всеки път, когато мине определен интервал. С този таг приемният край може да бъде пренареден според този таг по време на процеса на декодиране преди показване, да се реконструира редът на изображението преди компресиране и кодиране и времевата връзка между звука и изображението, като по този начин се постига синхронизация на изображението и звукът се синхронизира с изображението.
От фигура 4 може да се види също, че в кодера MPEG-27 има един общ системен часовник STC (2MHz). Този часовник се използва за генериране на времеви печат, показващ правилното декодиране и време за показване на аудио / видео. В същото време може да се използва за обозначаване на вземане на проби Моменталната стойност на моментното системно тактово време. Часовникът е фазово заключен от линейната синхронизация на входното видео. Когато входът е SDI сигнал, системният часовник на кодера се генерира от часовника, разделен на 10. Това е появата на общ системен часовник в кодера, както и регенерирането на часовника в декодера и правилното използване на времеви печати, които осигуряват основата за правилното синхронизиране на операциите в декодера. За да се осъществи синхронизацията на часовника на кодека, системният часовник STC се отчита в кодера и стойността на дискретизацията на брояча се предава на приемника в заглавката за адаптация на избрания TS пакет през всяко определено време на предаване, като декодиране Референтният сигнал на програмния часовник на процесора, който е PCR. Валидният бит за PCR е 42b, сред които високият 33b е PCR_Base, което е стойността на брояча в единицата на часовника 27MHz и часовника, разделен на 300, а ниският 9b е PCR_Extension, което е стойността на брояча в часовника 27MHz като единица. В допълнение към PCR, етикетът за време на декодиране DTS и етикетът за време на показване PTS също са много важни. Те са подобни на PCR_Base. Те също са създадени със системния часовник на енкодера 27MHz, разделен на 300 като стойност на броя на мерните единици. Сред тях DTS се използва за инструктиране на декодера кога да декодира полученото изображение и аудио кадър, а PTS се използва за уведомяване кога да се покаже декодираното изображение.
Когато се използва двупосочно кодиране, декодирането на определено изображение трябва да се извърши в рамките на период от време, преди да се покаже, за да може да се използва като изходни данни за декодиране на изображението с B-кадър. Например, редът на показване на изображенията е IBBP, но редът на предаване на изображения е IPBB. Референтният модел MPEG вярва, че декодирането се извършва моментално, т.е. декодирането и показването се извършват едновременно. За аудио кадри и изображения B кадри времето за декодиране и времето за показване са еднакви, а PTS е същото като DTS, така че трябва да се предава само PTS. За видео I кадри и P кадри, поради пренареждане на кадри, времето за декодиране и времето за показване са различни и PTS и DTS трябва да се предават едновременно. Когато декодерът получи IPBB последователност от изображения, той трябва да декодира I-frame и P-frame изображения, преди да декодира първото B-frame изображение. Декодерът може да декодира само един кадър от изображение наведнъж, така че първо декодира изображението I frame и го съхранява. Когато P декодираното изображение е декодирано, то извежда и показва декодираното I кадрово изображение, след което декодира и показва B кадърното изображение. Таблици 1, 2, 3 и 4 показват последователността на входните и изходните изображения на кодера, стойностите на PTS и DTS на всеки кадър и последователността на декодиране и показване на всеки кадър на изображението от декодера.
В таблица 1 13 кадъра от изображения съставляват група изображения, първият кадър I кадър използва вътрешнокадрово кодиране, вторият и третият B кадри се получават чрез двупосочно прогнозиране от първия и четвъртия кадър, а четвъртият кадър P кадър е преминал от първия кадър. Произведено от прогноза напред. След кодиране на първия кадър, кодерът първо буферира втория и третия кадър, кодира четвъртия кадър и след това кодира втория и третия кадър и така нататък, а крайната кодирана изходна последователност е показана в показаната таблица 2.
От таблица 3 и таблица 4 може да се види, че когато декодерът получи определена единица за достъп, съдържаща изображение на I кадър, файловият пакет данни трябва да съдържа DTS и PTS, времето между стойностите на тези два маркера Интервалът е един период на изображението. След като изображението с I frame е P кадър, в пакета с данни на файла също трябва да има DTS и PTS, а интервалът от време между стойностите на двата маркера е три периода на изображението. След това има два B-кадъра, файловите пакети с данни съдържат само PTS. Тоест, изображението с I кадър ще бъде възпроизведено и показано след забавяне на един кадър след декодирането. Когато се показва I кадър, четвъртият кадър P кадър се декодира, но не се възпроизвежда и показва. Първо се кешира и след като 1I кадър се възпроизведе и покаже, Декодирайте и покажете 2B кадри веднага, след това 3B кадри, след това покажете буферираните 4P кадри и декодирайте и буферирайте 7P кадри едновременно и т.н. Вижда се, че последователността на декодираните и показани изображения е в съответствие с последователността на въведеното изображение в таблица 1.
Принцип на синхронизиране на декодера (приставка)
PTS и DTS са само 33b стойности. Ако няма препратка към часовата ос, представена чрез PCR, тази стойност е безсмислена. За да се поддържа правилно декодиране, системните часовници на енкодера и декодера (приставка) трябва да бъдат заключени, т.е. техните честоти се поддържат еднакви и началните стойности на съответните им броячи са еднакви.
В дешифратора (приемник) има осцилатор с контролирано напрежение (VCO) с честота около 27MHz. Изходният сигнал се изпраща към брояча като системния часовник, за да генерира текущата стойност на пробата на STC, която е стойност от 42b като PCR. Сред тях, високата 33b е стойността на брояча в единицата на 27MHz часовник след 300 розова честота, а ниската 9b е стойността на брояча в единицата на 27MHz часовник. Когато нова програма пристигне в декодера (приставка), декодерът (приставка) получава PCR стойността от потока на кода, сравнява стойността си PCR_Extention с долните 9b бита на текущия STC и получава грешката сигнал и след това преминава през веригата с фазово заключен контур. Регулирайте осцилатора с контролирано напрежение, така че системната тактова честота на декодера (приставка) да съответства на системната тактова честота на кодера. Получавайте последователно стойностите на PTS и DTS на всеки кадър от кодовия поток и ги сравнявайте с високите 33b бита на текущата STC стойност. Ако стойността на DTS е по-голяма от стойността на STC, кодовият поток се буферира и промяната на стойността на STC се следи едновременно. Когато стойността на STC се увеличи, равна на стойността на DTS, потокът на рамковия код се декодира. Когато стойността на STC е равна на стойността на PTS, пуснете кадъра. Ако поради буферното закъснение на предавателната мрежа, когато потокът код достигне декодера (декодер), неговата PTS стойност вече е по-малка от стойността STC, тогава декодерът (декодерът) прескача тази рамка и изхвърля данните за кадъра. Тъй като PTS и DTS се генерират въз основа на PCR стойността, първата получена PCR стойност трябва да се използва като начална стойност, за да се настрои броячът STC на декодера (приставка), за да направят техните стойности еднакви, в противен случай, времевата база ще бъде различна. , По този начин грешка при декодиране. Обработката на аудио и видео е подобна, но няма проблем с пренареждането на времето. Фигура 5 показва диаграмата на принципа на работа на PCR на декодера (декодера).
Причини за несинхронизиране на аудио и видео
В практическите приложения някои енкодери предизвикват трептене в изходния си часовник поради нестабилната времева база на входния видеосигнал и интервалът на синхронизация на кадрите не е 40ms. За тези енкодери, след задаване на първоначалната стойност на DTS според PCR и забавяне на буферирането, стойността на DTS на всеки кадър се получава чрез добавяне на фиксирана стойност към предишния DTS (тази стойност може да се изчисли, както следва: 27MHz се разделя на 300 Това е 90kHz и PAL TV е 25 кадъра в секунда, следователно стойността е 90000/25 = 3600), а стойността на PTS се изчислява според типа на кадъра и типа GOP. Стойността на PCR обаче не се е увеличила с 3600 през този период, което е причинило DTS и PTS да станат по-големи или по-малки спрямо PCR. Някои декодери (декодери) не използват осцилатор, контролиран от напрежение, а системният им часовник е фиксиран 27MHz, но използва получената PCR стойност, за да инициализира стойността на локалния системен брояч на часовника. Кодерът и декодерът (приставка) не могат да поддържат строго заключване, което може да доведе до отпадане на кадри от декодера (приставка). Въпреки това, някои декодери (декодери) вече не декодират и показват строго според DTS и PTS след загуба на кадъра, а декодират според ситуацията на буфера, тъй като забавянето на видео и аудио кодирането е различно, може да причини звук Картината не е синхронизирана.
Освен това, в процеса на предаване от кодера към декодера (декодер), поради съществуването на променливи буферни връзки като мултиплексори и модулатори, забавянето на предаването на PCR пакетите може да не е постоянно, вариращо от голямо до малък. Ако PCR не бъде коригиран, горните проблеми също могат да възникнат.
да обобщим
От горния анализ се вижда, че както кодерът, така и декодерът (декодерът) могат да причинят появата на асинхронизация на аудио и видео. След тестване на енкодерите на различни марки, нашата станция избра енкодер с по-добри индикатори за тестване и замени оригиналния енкодер, което значително подобри явлението, че аудиото и картината на телевизора не са синхронизирани. В следващата стъпка от въвеждането на декодери мрежовите компании също ще засилят тестването на съответните показатели, за да подобрят качеството на рейтингите на аудиторията. Разбира се, в процеса на напредък в дигитализацията на радиото и телевизията на моята страна, все още се нуждаем от съвместните усилия на нашите телевизионни работници и производители на оборудване, за да постигнем най-накрая пълен успех.v
Нашата друг продукт:
